Wszechświat - rozwój poglądów na jego budowę i obiekty astronomiczne

Astronomia uważana jest często za najstarszą z nauk. Prawie wszystkie starożytne cywilizacje zajmowały się obserwacjami ruchów ciał niebieskich, stosując poznaną wiedzę w życiu codziennym np. do mierzenia czasu, nawigacji i organizowania życia. Były to pierwsze próby poznania sił natury i wykorzystania ich do celów praktycznych. Jednak pierwotne wyobrażenia o budowie Wszechświata często były mylne.

Zanim w starożytnej Grecji narodziła się idea kulistej Ziemi, ludzie różnych kultur twierdzili, ze Ziemia jest płaska. Antyczni Majowie wierzyli, że Słońce krąży wokół Ziemi, podtrzymywanej przez czterech olbrzymów zwanych „bakabami”. W mitologii hinduizmu płaska Ziemia, w kształcie kwiatu lotosu symbolizującego strony świata, spoczywała na grzbietach czterech słoni, które z kolei stały na skorupie żółwia pływającego w nieskończonym oceanie.

Starożytni Egipcjanie wyobrażali sobie, ze Ziemia to bóg Qeb leżący na boku, a postać bogini Nut, nachylonej łukowato nad nim, przedstawiała niebo. Babilończycy twierdzili, że Ziemia jest górą stojącą w wodach oceanu. Po obu jej stronach znajdują się drzwi, przez które Słońce chowa się lub wychodzi na niebo.

Od zarania astronomii Wszechświat postrzegany był jako geocentryczny, z nieruchomą Ziemią w środku, wokół której krążyło Słońce, planety i gwiazdy. Cywilizacja grecka, której początki sięgają 900 roku p.n.e., przez następne 1000 lat istotnie przyczyniła się do rozwoju astronomii. Już w VI wieku p.n.e. Grecy zdawali sobie sprawę, że Ziemia jest kulista. Wierzyli, że jest ona podtrzymywana przez boga Atlasa. Byli jednak przekonani, że jest to spoczywająca nieruchomo kula, wokół której obraca się reszta Wszechświata. Słońce było uważane za boga Heliosa - woźnice złotego rydwanu słonecznego zaprzężonego w cztery ogniste rumaki. Był to młody mężczyzna noszący koronę z promieni. Codziennie rano wyjeżdżał on na nieboskłon, aby cały dzień wędrować na niebie. Wieczorem docierał na zachodnie krańce świata, gdzie kąpał swe konie w oceanie, a następnie powracał z zachodu na wschód, przepływając ocean w złotej czaszy, aby nazajutrz podjąć znowu swą nigdy nie kończącą się podróż.

Najbardziej znanym orędownikiem geocentrycznej teorii budowy Wszechświata, był grecki astronom Ptolemeusz ( 90-168r. p.n.e.),podał on zasady obliczania ruchów ciał niebieskich. Aby objaśnić ruch wsteczny niektórych planet wysunał tezę, że planety poruszają się po skomplikowanych torach, złożonych z epicykli.

Ptolemeusz objaśniał geocentryczną teorię Wszechświata posługując się sferą armilarną – zespołem ruchomych pierścieni obrazujących orbity planet i sferę gwiazd stałych. Przez następne 1500 lat astronomia pozostawała pod wpływem idei Ptolemeusza, sformułowanych w dziele „Almagest”.

Niektórzy greccy myśliciele kwestionowali ideę Wszechświata geocentrycznego. Należał do nich Arystach z Samos (ok.310-230r.p.n.e.), który wyznaczył względne rozmiary Ziemi, Księżyca i Słońca na podstawie wielkości ich cienia podczas zaćmień. Otrzymane wyniki były dalekie od rzeczywistych, niemniej stwierdziwszy, że Słońce jest większe od Ziemi uznał, iż powinno się ono znajdować w centrum Wszechświata. Do dziś zachowała się jedna jego praca: „O wielkościach i odległościach Słońca i Księżyca”. U większości Greków koncepcje Arystacha nie znalazły uznania.

W mitologii słowiańskiej, świat był przedstawiany w postaci drzewa. Jego wierzchołek sięgał nieba – siedziby Boga-Stwórcy. Pień wyznaczał środek Ziemi i stanowił oś Kosmosu. Korzenie tkwiły w piekle.

Arabowie przełożyli „Almagest” i w znacznym stopniu tę księgę uzupełnili, nadal pozostając przy geocentryzmie. Uważano jednak, ze Ziemia jest płaska, czego dowodem jest mapa świata wykreślona w 950 r. Kartograf ten uważał, że jest ona zamieszkana głównie przez Arabów, a Europa jest tylko małym fragmentem świata umieszczonym na dole po prawej stronie mapy.
Przekonanie, że Ziemia jest płaska utrzymywało się do XVI wieku, aż do momentu, kiedy to zainspirowany odważnymi teoriami Kolumba o kulistości Ziemi, Ferdynand Magellan postanowił opłynąć świat. Choć sam stracił życie podczas tej podróży, jeden z jego statków „Victoria” dopłynął szczęśliwie do Europy przekonując ludzi, że Ziemia jest kulą.

W 1543 roku, polski astronom, Mikołaj Kopernik (1473-1543) dokładnie przyjrzał się powszechnie przyjętemu systemowi geocentrycznemu. Nabrawszy przekonania, że epicykle, są zbyt skomplikowane, by mogły być prawdziwe, doszedł do rewolucyjnego wniosku, że ruchy planet można wyjaśnić w naturalniejszy sposób, gdy w centrum Wszechświata umieści się Słońce, a nie Ziemie.

W dziele „De revolutionibus orbium coelestium” („O obrotach sfer niebieskich”) wysunął koncepcję heliocentryczną. Ta śmiała teoria umieszczała w centrum Wszechświata słońce. Planety – w tym Ziemia – poruszały się wokół niego po orbitach kołowych. Model kopernikański stanowił początek współczesnych poglądów na budowę Układu Słonecznego. Mikołaj Kopernik czekał 10 lat, nim zezwolił na publikację swego dzieła. Było to spowodowane jego strachem przed potępieniem przez Kościół i oskarżeniem o herezję, lub obawą przed wyśmianiem.

Duński astronom Tycho de Brahe (1546-1601) odrzucając kopernikański model Wszechświata heliocentrycznego, rozwinął własną teorie. Uważał on, iż wszystkie planety krążą wokół Słońca, a cały ten układ porusza się wokół nieruchomej Ziemi.

Po śmierci Kopernika, idee Wszechświata heliocentrycznego podjęli inni uczeni. Obserwacje Galileusza (1564-1642), włoskiego matematyka, fizyka i astronoma, wydawały się potwierdzać tezę, że Słońce stanowi środek Wszechświata. Johannes Kepler (1571-1630) niemiecki astronom, był ważnym obrońcą idei heliocentrycznej, którą opisał w 7-tomowym dziele pt.: „Streszczenie astronomii kopernikańskiej”. Sformułował trzy prawa rządzące ruchem planet. Wykazał też, że planety poruszają się po torach eliptycznych. Uważał jednak, że Słońce znajduje się w środku Wszechświata, a siłą trzymającą planety na orbitach jest siła magnetyczna. Dopiero Isaac Newton (1643-1727) pokazał, w jaki sposób siła grawitacji utrzymuje planety na orbitach wokół Słońca. Udowodnił, że siła ta rządzi ruchem wszystkich ciał we Wszechświecie – czy to będzie jabłko spadające z drzewa, czy Księżyc krążący wokół Ziemi. On też stwierdził, ze siła ta maleje wraz z odległością.
Odważne teorie heliocentryczne nie przekonywały ludzi pozostajacych nadal pod presja Kościoła. Galileusz został skazany na areszt domowy, a Giordan Bruno, za twierdzenie, ze gwiazdy są Słońcami i istnieją inne takie układy jak Układ Słoneczny, został spalony na stosie.

Dlatego jeszcze na początku XX niektórzy „naukowcy” wysuwali dziwaczne teorie. Jeden z nich, Niemiec Karl Neupert, był przekonany, że żyjemy po wklęsłej stronie kuli, która otacza Księżyc, Słońce i inne ciała niebieskie, a to, że Ziemia jest drobiną zawieszoną w Kosmosie jest tylko złudzeniem.

Dopiero w 1993 roku Watykan oficjalnie docenił uczonych zajmujących się heliocentryzmem i jest to model Wszechświata obecnie obowiązujący.

TYPOWE OBIEKTY ASTRONOMICZNE

WSZECHŚWIAT – czasoprzestrzeń wraz z wypełniającymi ją obiektami astronomicznymi

CIAŁA NIEBIESKIE – ogólna nazwa obiektów naturalnych i sztucznych znajdujących się w Kosmosie.

GWIAZDY – są ciałami niebieskimi świecącymi same przez się, a wiec rozżarzonymi kulami gazowymi. Przynajmniej prze cześć okresu swojej ewolucji gwiazdy świecą w wyniku zachodzących w ich wnętrzach reakcji termojądrowych. Temperatura wewnątrz nich sięga wielu milionów stopni, a na powierzchni – wielu tysięcy stopni. Gwiazdy grupują się w galaktyki. Najbliższą Ziemi gwiazdą jest Słońce. Jest to również najważniejsza dla nas gwiazda, gdyż bez niej nie byłoby życia na Ziemi.

Gwiazdami o największych rozmiarach i największej jasności absolutnej są nadolbrzymy. Drugą co do wielkości grupę stanowią olbrzymy. Gwiazdami o stosunkowo małych rozmiarach są karły (np. Słońce). Gwiazda tworzą się z wirującej chmury wodoru i pyłu zwanej mgławicą. Gdy materia się kondensuje, pod wpływem grawitacji rośnie gęstość i temperatura tworzącej się gwiazdy, aż pod wpływem temperatury zostaje zapoczątkowana reakcja termojądrowa. Gwiazda zaczyna świecić. Po milionach lat jej życia nadchodzi taki moment, kiedy wodór stanowiący paliwo zaczyna się kończyć. Jądra gwiazd o największych masach kurcząc się tworzą prawdopodobnie czarne dziury, a zewnętrzna warstwa gwiazdy ulega gwałtownemu wybuchowi jako supernowa.
Olbrzymy zmieniają się w gwiazdy neutronowe (protony i elektrony przekształcają się w neutrony). Karły wyczerpujące paliwo zaczynają powiększać się do gigantycznych rozmiarów i stają się czerwonymi olbrzymami. Są one chłodniejsze niż przedtem, ale za to dużo jaśniejsze. Wyrzucają w przestrzeń kosmiczną bąble gazu, które stają się następnie rozświetloną mgławicą.
Gdy wodór całkowicie się wyczerpie, siła grawitacji powoduje zapadanie się gwiazdy. Kilkukilometrowa średnica skurczonej gwiazdy – białego karła - jest gorąca i świeci jasnym światłem. Materia wewnątrz gwiazdy jest tak bardzo zagęszczona, że jej jedna łyżeczka ważyłaby w warunkach ziemskich ok. 10 ton.

GALAKTYKI – układy gwiezdne, składające się z gwiazd i materii międzygwiazdowej. Pod względem budowy i wyglądu zewnętrznego, galaktyki dzielimy na: eliptyczne, spiralne i nieregularne. Naszą Galaktyką jest Droga Mleczna.

Obejmuje ona m.in. Układ Słoneczny i wszystkie gwiazdy widoczne nieuzbrojonym okiem. Galaktyka należy grupy galaktyk spiralnych. Cechuje je występowanie jasnych ramion spiralnych, będących zagęszczeniem gwiazd i gorących obłoków gazowych. Obracają się wokół osi prostopadłej do płaszczyzny ramion, a w ich centrum znajduje się jaśniejsze jądro.

MGŁAWICA – lub inaczej mgławice pozagalaktyczne. Są to obłoki pyłu i gazu międzygwiazdowego, lub bardzo rozległe otoczki gwiazd. Dawniej tak nazywano galaktyki. Przez ciemne chmury mgławic nie możemy zobaczyć drugiej strony Galaktyki. Mgławice jasne świecą światłem własnym lub odbitym. Istnieją też mgławice ciemne, lecz możemy je zobaczyć tylko wtedy gdy przysłaniają światło gwiazd lub mgławic jasnych..

ORBITA – tor po którym poruszają się ciała niebieskie. Może mieć kształt elipsy, paraboli lub hiperboli

UKŁAD PLANETARNY – jest to układ skupiający w swoim obrębie gwiazdę, planety wraz ze swoimi satelitami i inne mniejsze ciała niebieskie. Ciała w układzie powiązane są siłami wzajemnego oddziaływania. Układ w którym żyjemy nazywamy Układem Słonecznym.

Naszą gwiazdą i ciałem centralnym, skupiającym prawie całą masę układu (98,86%) jest Słońce. 9 planet obiega ją po torach eliptycznych. Obecnie znane nam planety należące do Układu Słonecznego to: Merkury, Wenus, Ziemia, Mars, Jowisz, Saturn, Uran, Neptun, Pluton. Współcześni badacze uważają, że w Układzie Słonecznym Ziemia jest jedyną zamieszkałą przez żywe organizmy planetą. Układ Słoneczny jest częścią Drogi Mlecznej i znajduje się w ciągłym ruchu okrążającym centrum Galaktyki.

Pierwszym „sąsiadem” Układu Słonecznego, odkrytym przez ludzi, jest układ uformowany wokół gwiazdy ypsilon Andromedae. W 1996 roku P.Butler i G.Marcy, zaobserwowali tam planetę o wielkości porównywalnej z Jowiszem. W kwietniu 1999 roku, ci sami astronomowie odkryli dwie kolejne planety u tym układzie. Są one dużo większe od poprzedniej.

PLANETY – ciała niebieskie o średnicach większych niż 1000km, obiegające gwiazdę po torach eliptycznych, obracające się wokół własnej osi i święcące światłem odbitym od gwiazdy. Poszczególne planety różnią się m.in. wielkością, masą i odległością od Słońca.

Niektóre planety maja układy satelitów (księżyców). Kształt tych planet przypomina spłaszczona na biegunach kulę (elipsę). U większości planet wykryto atmosfery, które stanowią otoczki gazowe, utrzymujące się przy powierzchni dzięki sile grawitacji. Saturn, Uran i Neptun posiadają pierścienie złożone gł pose z brył lodu i skał oraz pyłu. Najokazalsze pierścienie iada Saturn.

Tabela porównująca planety Układu Słonecznego.

SATELITA – ciało niebieskie obiegające planetę. Jedynym naturalnym satelitą Ziemi jest Księżyc. Dokonuje on swojego obiegu w ciągu 27,3 dni.
Pierwszym astronautą, który stanął na Księżycu 21.07.1969,był Amerykanin N.Armstrong. Planetami, które nie mają księżyców jest Merkury i Wenus.
Ziemia posiada także sztuczne satelity. Są to statki kosmiczne z załogą lub bez. Satelity sztuczne dzielimy na: naukowo-badawcze, wojskowe i użytkowe (np. telewizja satelitarna).

KOMETA – ciało okrążające Słońce zwykle po torach eliptycznych, składające się z jądra (zbrylone skały, pył, lód, zamrożone gazy) i rozległego warkocza. Jądro ma zwykle kilka km średnicy. Świecenie jest spowodowane rozproszeniem światła, przez parujące gazy. Warkocz jest skierowany zawsze przeciwnie do Słońca. Najjaśniejszą kometą jest Halleya (od nazwiska odkrywcy), która okrąża Słońce w ciągu 76 lat.

PLANETOIDY- zwane również asteroidami lub planetkami, są drobnymi ciałami (średnica do kilkuset km), które krążą dookoła Słońca głównie między orbitami Marsa i Jowisza. Większość planetoid to okruchy skalne pokryte lodem lub zamarzniętym gazem.

METEOROIDY – okruchy skalne (od paru mm do kilku m) obiegające Słońce po orbitach eliptycznych. Powstają z rozpadu komet lub w wyniku zderzenia planetoid. Gdy wpadają w atmosferę ziemską, zanim się spalą, tarcie sprawia, że rozgrzewają się i zaczynają świecić. Nazywamy je wtedy meteorami lub „spadającymi gwiazdami”.

METEORYTY – części meteoroidów, które po przejściu przez ziemską atmosferę, spadają na powierzchnię. Dzielą się na: metaliczne (złożone głównie z żelaza i niklu), kamienne i metaliczno - kamienne. Uderzenie większych powoduje w ziemi krater.

MATERIA MIĘDZYGWIAZDOWA – materia rozproszona w przestrzeni międzygwiazdowej. W jej skład wchodzi bardzo rozrzedzony gaz (99%) i pył (1%).

KWAZARY – inaczej zwane nibygwiazdami, znajdują się miliony lat świetlnych od Ziemi i są najbardziej odległymi obiektami kosmicznymi znanymi człowiekowi. Aby można je było zobaczyć z takiej odległości, musza emitować ogromne ilości światła, ponad 100 razy większe niż światło emitowane Galaktykę, nawet jeżeli kwazary są setki razy mniejsze. Pierwszy kwazar został odkryty przez M.Schmidta, kiedy to pod koniec lat pięćdziesiątych naszego wieku astronomowie zaczęli używać bardzo silnych radioteleskopów.